研究帶結構轉換層的高層建筑結構設計要點

程智

摘 要：基于帶結構轉換層的高層建筑結構設計要點分析，首先要分析結構轉換層的功能，然后闡述，帶結構轉換層的結構設計原則，最后詳細探討高層建筑結構轉換的形式和高層建筑轉換層結構設計要點，其主要內容有：選取構件并設計配筋和轉換梁、控制軸壓比和落地剪力墻的間距、剛度的保證與設計空間。

關鍵詞：結構轉換層；高層建筑；結構設計

在經濟的社會發展的不斷推動下，人們對生活水平的要求也得到不斷提升，人們更喜歡舒適的居住環境。在建筑結構的設計中，要滿足人們對與住宅的需求，所以高層建筑的結構更加多樣與復雜。在高層建筑結構設計中，逐漸突破了傳統的設計，在樓層中使用了轉換構件，通過這種方式，起到過度和銜接的效果。根據這種配件的使用，高層建筑的其他部分功能得到了較好的發揮，現對帶結構轉換層的高層建筑結構設計進行如下分析。

1 結構轉換層的功能分析

設計人員從結構功能的角度設計高層建筑，主要是為了體現三種結構形式：

首先是結構型式的轉換，這種情況主要被應用在框剪結構和剪力墻結構中。設計人員將結構轉換層中的上部結構轉變為下部結構，從而增加下部的空間。

其次是柱網或是軸線轉換。這種結構的上下部結構型式并沒有發生改變，但在轉換層構件的應用下，下部樓層柱網擴大，更好的滿足外部框筒的空間需求。

最后是結構型式和軸線型式的轉換。這種情況主要是將，剪力墻轉換為框架，錯開樓層柱網和樓層軸線，使上下部結構不對稱。

2 帶結構轉換層的結構設計原則

在高層建筑設計中，應用轉換層會導致其豎向剛度發生變化，降低抗震能力。設計人員在實際設計中，要遵守相應的設計原則。首先是盡量選取直接落地的豎向構件，在轉換結構的過程中，要認真記錄其豎向剛度的變化，一旦剛度發生突變要立即做出調整。其次是設計人員要在轉換層的豎向位置，選取比較低的點。最后是針對傳導例的途徑，要得到有效的控制，對于轉換剛度的選取，最好選大不選小。通過這些原則，降低建筑結構發生突變的幾率，防止建筑結構受到破壞。

3 高層建筑結構轉換的形式分析

3.1 箱式轉換。首先箱式轉換需要結合雙向或是單向的兩個力實現，需要設計人員使用相鄰的兩層厚樓板，將其結合成一個整體，共同實現轉換層的剛度轉換。

3.2 梁式轉換。在高層建筑中，梁式轉換使用的范圍比較廣，其轉換層的截面一般是0.8-6m。設計人員要設計一條明確的路線，然后從上部墻直接將力傳遞給下部的柱子，為建筑工程的計算和研究，帶來方便。

3.3 板式轉換與斜柱轉換。其中板式轉換主要是使用木板作為轉換層，然后在轉換層厚度的作用下，凸顯較好的耐力效果。工作人員要具體分析上下部分的差異，當上下相差比較大，沒有秩序，可以應用這種轉換形式。但是這種手段也有一定弊端，在施工中比較復雜，施工難度較大。在斜柱轉換中，主要是充分發揮混凝土的可壓縮性，然后增加建筑的利用空間，但是這種手段，會增加水平荷載。在斜柱轉換層使用中發，要設置圈梁或是拉梁，更好的連接樓層，增加建筑的安全性。

3.4 桁架轉換與巨型框架轉換。桁架轉換與其他轉換形式相比，有著更為清晰的受力途徑，在使用中更加靈活，有更強的抗震性能。但是這種設計形式，比較復雜，容易受到多種因素的影響。這種轉換在實際操作中，擁有較多的節點，很難剪切，需要使用大量的配筋。如果在實際設計與建設中，要使用桁架轉換層，要控制層高，并確保其大于3m，以上的重心必須與節點對其。針對巨型框架轉換的使用，主要有多個梁式轉換層組成，其抗震效果與抗側剛度都比較好。

4 高層建筑轉換層結構設計要點

設計人員在進行高層建筑結構設計中，要掌握其重點與難度，能夠詳細分析結構構件的使用與跨度。針對混凝土的等級進行分析，例如大體積混凝土，樓層高且自重大，模板支撐要求高。設計人員要結構自身的實際情況發，制定合理的設計手段。

4.1 選取構件并設計配筋和轉換梁。設計人員要詳細了解高層轉換層的結構設計特點與原則，能夠認真遵守施工的結構特點。這個過程首先要選取合適的樓層，然后設計落地構件的位置，確保其處于均勻對稱的位置上。針對落地構件的使用，其質量也要經過嚴格的檢查，滿足工程對抗剪剛度與抗彎能力的要求。在施工配筋設計的過程中，設計人員要根據支座負彎矩衰減的特點，將其固定到支座上發，并杜絕彎筋的出現。設計轉換梁的時候，設計人員要考慮綜合轉換梁的內力情況，然后針對內力的大小與受力分析。整個過程要明確轉換梁與上部的結構，為之后的設計奠定基礎。據研究，把轉換梁當做深梁的受拉翼緣，可以獲得更仕的效果

4.2 控制軸壓比和落地剪力墻的間距。設計人員要結合工程的技術手段，以及垂直或水平荷載進行分析。由此得知框支柱在垂直或是水平作用下的剪力比較小，需要承擔軸壓力，所以要對軸壓比進行控制。針對抗震效果的分析，保證高層建筑的軸壓比小于0.6，從而避免對剪力墻造成影響。一些特殊情況，可以使用比較后的樓板，通過雙向雙面的鋼筋，提升整體的轉換效果。雙面雙向鋼筋的使用，還需要增加斜筋，然后改變地震帶來的效果。這種做法的原因是，地震會促使高層建筑的轉換層發揮改變，內部受力有所增加。所以控制剪力墻的間距，能夠在一定程度上提升高層建筑的抗震能力。

4.3 剛度的保證與設計空間。設計人員要認真進行轉換層上下剛度的選擇，能夠避免剛度變化過大。在整個設計中，要保證剛度變化的數值與1較為接近，但不能超過2。為了更好的增加空間層的剛度，設計人員可以從洞口的形式、落地墻的厚度以及剪力墻入手。一般來講，高層建筑轉換層，通常設置在2-3層的位置，如果設備轉換層的設計形式，常高于傳統形式，在4-5層。通過這種手段能夠更好的利用空間，提升上下層的銜接效果，避免造成空間浪費。

5 結語

高層建筑設計中，應用轉換層會導致其豎向剛度發生變化，降低抗震能力，從而提升高層建筑整體的抗震效果。設計人員在實際設計中，要遵守相應的設計原則，分析上下部分的差異，當上下相差比較大，沒有秩序，可以使用合理的轉換形式。但是這種手段也有一定弊端，在施工中比較復雜，施工難度較大。這個過程首先要選取合適的樓層，然后設計落地構件的位置，確保其處于均勻對稱的位置上。設計人員要詳細了解高層轉換層的結構設計特點與原則，能夠認真遵守施工的結構特點。一些特殊情況，可以使用比較后的樓板，通過雙向雙面的鋼筋，提升整體的轉換效果。雙面雙向鋼筋的使用，還需要增加斜筋，然后緩解變地震帶來的影響。

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